Harnessing Redox: Biocomposites Modulate Macrophage-Stem Cell Dynamics in Osteo-Inflammation

炎症 干细胞 巨噬细胞 氧化还原 细胞生物学 组织修复 化学 生物 免疫学 生物化学 体外 有机化学
作者
Ziyang Min,Yi Zou,Yuanling Meng,Xian Liu,Huanhuan Li,Hanghang Liu,Jun Liu
出处
期刊:Tissue Engineering Part B-reviews [Mary Ann Liebert]
标识
DOI:10.1177/19373341251377651
摘要

This review elucidates the complex interplay among oxidative stress (OS), macrophage polarization, and stem cell-driven osteogenesis, emphasizing the regulatory influence of reactive oxygen species (ROS) on bone repair and regeneration. It demonstrates that an imbalance in ROS can impede bone healing by disrupting the equilibrium between pro-inflammatory (M1) and pro-repair (M2) macrophage phenotypes. Furthermore, the review delineates the mechanisms through which ROS can influence mesenchymal stem cell differentiation and osteoclast activity, while also highlighting the body's antioxidant defenses that counteract OS. Innovative strategies are explored, particularly the use of biomaterials and nanomedicine, which aim to modulate ROS levels and macrophage polarization, thereby fostering a conducive microenvironment for bone regeneration. The integration of nanotechnology, biomaterials, and cellular biology emerges as a promising frontier for advancing bone regeneration therapies, with the necessity for clinical validation underscored throughout. Impact Statement This review establishes redox modulation as a paradigm-shifting strategy for bone regeneration. We elucidate how engineered biocomposites precisely recalibrate reactive oxygen species (ROS) to resolve osteo-inflammation, directing macrophage polarization from pro-inflammatory (M1) to pro-regenerative (M2) phenotypes. This immune reprogramming synergistically enhances mesenchymal stem cell osteogenesis and suppresses osteoclastogenesis. By integrating cutting-edge biomaterial design-including enzyme-mimetic nanozymes and organelle-targeted antioxidants-we highlight clinically viable solutions for diabetic bone defects, osteoporosis, and rheumatoid arthritis. Our framework bridges immunology, nanotechnology, and tissue engineering, offering transformative therapeutic avenues for inflammatory osteopathies.
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